Arquitectura del Sistema de Gestión del ancho de MPLS

Arquitectura del Sistema de Gestión del ancho de
Banda y Protección (SGBP) para entornos de redes
MPLS
Eusebi Calle, Pere Vilà, Jose L Marzo, Santiago Cots
Instituto de Informática y Aplicaciones, Universitat de Girona
Av. Lluís Santaló, s/n, 17071 Girona, Spain
{eusebi, perev, marzo, scots}@eia.udg.es
Resumen. En el presente artículo se describe la arquitectura de un sistema integral de gestión del ancho de banda y protección para entornos de redes MPLS.
El sistema está formado por dos módulos, el de encaminamiento y el de gestión
de recursos. El módulo de encaminamiento escogerá la mejor ruta de trabajo y
las posibles rutas de respaldo, teniendo en cuenta los requerimientos de calidad
de servicio y de protección de la petición. El módulo de gestión de recursos se
encargará de la gestión de fallos en la red y de la mejora de la utilización de los
recursos de la red mediante mecanismos de reasignación dinámica del ancho de
banda.
1. Introducción
La evolución de las tecnologías de las comunicaciones hacia redes de servicios integrados conlleva un aumento de complejidad en su gestión. Entendemos por redes de
integración de servicios aquellas redes más dinámicas orientadas a la conexión con
garantías de calidad de servicio, con un crecimiento en nodos, usuarios y sobre todo
en tráfico. Los mecanismos existentes contemplan la gestión desde una óptica básicamente aislada en cuanto a asignación de anchos de banda, encaminamiento, establecimiento de circuitos y de rutas de respaldo, etc. Por otro lado, dichas gestiones suelen
actuar de forma estática, como procesos activados de forma manual y esporádica.
Así pues, nos encontramos ante un nuevo escenario donde se requieren nuevas estrategias que proporcionen a la red el control y el dinamismo que los nuevos servicios
requieren.
En el presente artículo se describe el desarrollo de un módulo de gestión de red
orientado al encaminamiento con protección (con rutas de respaldo) y a la gestión de
los recursos de la red adaptándolos al estado de ésta y a las necesidades de calidad de
servicio (QoS: quality of service) del tráfico. MPLS es la tecnología elegida para el
desarrollo del sistema.

Este trabajo está parcialmente financiado por la CICYT número TEL-99-0976.
En la sección 2 se describe brevemente la tecnología MPLS y cómo ésta se utiliza
en la implementación de mecanismos de “ingeniería del tráfico” [1], [2]. La sección 3
presenta la especificación funcional del sistema. Ésta se divide en tres subsecciones: la
descripción de los mecanismos de gestión de ancho de banda, mecanismos de protección MPLS y encaminamiento con calidad de servicio y protección. La sección 4
detalla la arquitectura propuesta del sistema. Por último, se presentan las conclusiones
y futuros trabajos.
2. Ingeniería del tráfico en entornos MPLS
En esta sección se describe el marco en el que se desarrolla la arquitectura SGBP.
Ésta se basa en redes MPLS. Para ello se describe brevemente la arquitectura MPLS y
los métodos de ingeniería del tráfico.
MPLS tiene como principal característica la división de los planos de control y de
envío. El mecanismo de control se encarga de dos funciones: la creación de las rutas,
que implica la construcción de las tablas de encaminamiento, y la señalización de las
rutas.
El módulo de envío se encarga de la conmutación de paquetes mediante el mecanismo de intercambio de etiquetas. Gracias a este intercambio de etiquetas se pueden
crear los LSP (label switching paths), haciendo un paralelismo con ATM, los VCI.
La distribución de la información entre los diferentes nodos (distribución de las
etiquetas) se realiza mediante un algoritmo de señalización. Actualmente existen dos
alternativas: variaciones a RSVP (reservation protocol) o el LDP (label distribution
protocol).
La arquitectura MPLS está pensada como protocolo en un entorno de red donde
podemos encontrar routers IP, conmutadores ATM, etc. Una red MPLS estará compuesta por routers MPLS: LSR (label switch routers). Éstos se dividen en nodos de
entrada (ingress nodes), nodos de salida (egress nodes) y nodos intermedios (core
routers). Los primeros y los de salida se encargan de encapsular y desencapsular los
paquetes, mientras que los intermedios únicamente realizan la conmutación de etiquetas.
Dos conceptos fundamentales en MPLS lo diferencian de otros protocolos: son la
posibilidad de agregar tráfico y la posibilidad de hacer encaminamiento explícito.
MPLS clasifica en el nodo de entrada (ingress node) el tráfico de modo que le asigna,
según el destino y la clase de tráfico, una FEC (forwarding equivalence class). Cada
flujo de tráfico tendrá asociada una FEC que podrá asignarse a un LSP determinado.
Además, tendremos la posibilidad de agregar flujos asignándolos a una FEC determinada.
Por otro lado, podemos hacer un encaminamiento explícito, indicando cuáles son
los nodos por los que queremos que pase un LSP. Esto nos permite, a diferencia de
otros protocolos de encaminamiento que no ofrecen esta posibilidad (como el encaminamiento en IP), evitar situaciones de congestión. Por ejemplo, si el encaminamiento
proporciona una ruta que ya está congestionada, debido a que sólo tiene en cuenta el
destino y el número mínimo de saltos. Estas dos herramientas, la agregación de tráfico
y el encaminamiento explícito, hacen de MPLS un protocolo adecuado para gestionar
las redes actuales. O dicho de otro modo, para realizar lo que actualmente se conoce
como ingeniería del tráfico (TE, traffic engineering) [1].
Uno de los problemas actuales en redes IP es la falta de “habilidad” para ajustar
flujos de tráfico haciendo un uso adecuado del ancho de banda de la red. Tampoco se
dispone de mecanismos para diferenciar clases de tráfico. Este problema es el que
intenta solucionar la ingeniería del tráfico en entornos MPLS.
Según define el IETF [2], un enlace troncal de tráfico (traffic trunk) es un agregado
de todo el tráfico entre un ingress node y un egress node. La idea de la ingeniería del
tráfico es cómo se puede realizar el mapeo de traffic trunks sobre la red física optimizando el rendimiento (uso de los recursos, balanceo de la carga, etc.). Por lo tanto, la
ingeniería de tráfico contempla diferentes tareas: gestión de los recursos, protección y
encaminamiento con calidad de servicio.
3. Descripción del sistema
En esta sección se describe cada uno de los elementos necesarios para la construcción
del sistema: mecanismos de gestión de recursos, mecanismos de protección y mecanismos de encaminamiento con calidad de servicio y protección.
3.1. Gestión de recursos
MPLS permite establecer LSP y además establecer LSP de respaldo asociados a los de
trabajo. El establecimiento de todos estos LSP se realiza usando algoritmos de encaminamiento con calidad de servicio que buscan la ruta óptima, tanto desde el punto de
vista de la calidad de servicio requerida como desde el punto de vista del uso de los
recursos de la red. A partir de este punto la gestión de recursos básicamente se encarga de ajustar los LSP establecidos en la red adaptándolos al uso real que se esté haciendo de ellos, de forma parecida a la realizada en ATM [3].
Para conseguir esta adaptación al tráfico real de la red, los mecanismos de ingeniería del tráfico deben realizar tareas de monitorización. Por lo tanto, se puede afirmar
que los mecanismos de gestión de recursos están constantemente pendientes del estado real de la red y fuertemente relacionados con el establecimiento de LSP de trabajo
y de respaldo con algoritmos de encaminamiento con calidad de servicio. Por este
motivo, la gestión de recursos también cubre la detección de las alarmas en el momento en que se produce un fallo en la red y la activación de los LSP de respaldo. Por lo
tanto, la gestión de recursos cubre la monitorización del estado real de la red y procede a su adaptación (cambiando los LSP existentes) al tráfico real y a los posibles fallos que puedan surgir (activando los LSP de respaldo necesarios). Una vez establecidos los LSP, éstos tendrán una cierta vida, corta o larga, durante la cual pueden sufrir
una serie de problemas. Se puede establecer un LSP con un cierto ancho de banda
asignado para una cierta cantidad de tráfico con una cierta calidad de servicio.
Sobre este LSP puede suceder que, al cabo de
un cierto tiempo, la demanda de tráfico supere la
5 Mb
2
3
reserva inicial y se produzca un rechazo de tráfico
4
Mb
de entrada. Este rechazo o bloqueo se produce
1
debido a algún tipo mecanismo de control de ad4
5
misión necesario para garantizar la calidad de
3 Mb
servicio de las distintas conexiones existentes, y
a) Situación inicial: 3 LSPs de 3, 4 y 5 Mb
puede cuantificarse calculando la probabilidad de
de ancho de banda. El de 4 Mb es el que está
congestionado y requiere incrementar su banda
bloqueo para cada LSP. Otro fenómeno que puede
5 Mb
suceder es que, una vez reservada una cierta canti2
3
dad de ancho de banda para un cierto LSP, después
5 Mb
1
de cierto tiempo este LSP esté poco utilizado y se
estén desperdiciando los recursos de la red, cuando
4
5
posiblemente otros LSP puedan estar congestiona3 Mb
b) Cambio del ancho de banda del LSP
dos y rechazando tráfico.
de 4 Mb a 5 Mb. Se supone que existen
suficientes recursos disponibles enel enlace 1-2
La técnica habitual para adaptar el ancho de
banda de los LSP al tráfico real es la reasignación
4 Mb
2
3
de banda de los mismos, incrementándola o de6 Mb
crementándola según sea el caso. Para poder in1
crementar la banda de un LSP es necesario que a
4
5
lo largo del camino que sigue este LSP (los dife3 Mb
rentes enlaces físicos que atraviesa) existan los
c) Cambio del ancho de banda del LSP
de 4 Mb a 6 Mb tomando parte de esta banda
suficientes recursos libres (figura 1 b). Si esto no
del LSP que inicialmente era de 5. Se supone
que no la estaba usando.
sucede, existen dos posibles acciones a tener en
5 Mb
cuenta. La primera es buscar en qué enlaces físicos
2
3
no se cumple la condición de que no exista suficiente banda disponible, y posteriormente, en estos
1
6 Mb
enlaces comprobar si existe algún otro LSP infra4
5
utilizado y del que se pueda tomar la banda nece3 Mb
saria (figura 1 c). En otras palabras, consiste en
d) Cambio del ancho de banda del LSP de
4 Mb a 6 Mb. Debido a no existir suficiente
traspasar banda de LSP poco usados a un LSP
banda libre en el enlace 1-2 ni suficiente banda
no usada en el LSP de 5 Mb se reencamina el
congestionado y que necesita incrementar su banLSP conflictivo a través de 1-4-2.
da. La segunda posibilidad, en el caso de que la
6 Mb
2
3
primera no sea posible, es reencaminar el LSP que
5
Mb
necesita mayor ancho de banda a través de otro
1
camino que pueda satisfacer sus necesidades (figu4
5
ra 1 d). También en este caso, si no es posible
3 Mb
reencaminar al LSP congestionado, también existe
e) Cambio del ancho de banda del LSP de
la posibilidad de reencaminar uno o varios de los
4 Mb a 6 Mb. Debido a no existir suficiente
banda libre en el enlace 1-2 ni suficiente ni
demás LSP con los que comparte los mismos enlasuficiente banda libre en los enlaces 1-4-2 se
reencamina el LSP de 5 Mb
ces físicos, con lo cual se liberan recursos y permite incrementar su banda (figura 1 e).
En los casos en los que hay que reencaminar
Fig. 1. Gestión de banda.
LSP se puede hacer uso de los algoritmos de encaminamiento dinámicos y con calidad de servicio.
De ahí que estos mecanismos de gestión de recursos estén estrechamente relacionados
con los mecanismos de establecimiento de LSP de trabajo y de respaldo con calidad
de servicio, creando un entorno global de ingeniería del tráfico.
Otro aspecto a tener en cuenta es el de qué mecanismos toman la decisión de adaptar la banda de los LSP y realizar las operaciones anteriormente descritas. Existen
diferentes ejemplos en la literatura, y dependiendo de dónde se tome la decisión, se
puede hablar de mecanismos centralizados o distribuidos. Estos mecanismos, por las
tareas que realizan, se situarían dentro del plano de gestión. Tradicionalmente la gestión, en este caso de recursos y de fallos, se ha realizado de forma centralizada, lanzando algoritmos de optimización que, disponiendo de los datos de monitorización de
toda la red, calculan la distribución óptima de los LSP. En redes troncales relativamente grandes por las que circula gran cantidad de LSP es muy difícil disponer de
todos los datos de monitorización de forma centralizada y calcular la distribución
óptima a tiempo antes de que el estado de la red ya haya cambiado. Una de las opciones que aparecen en la literatura reciente es tratar de mantener la distribución de LSP
lo más cercana posible a la óptima haciendo pequeños ajustes usando algoritmos distribuidos. La ventaja principal de los algoritmos distribuidos es que disponen de la
información de forma local y permanentemente actualizada. Por el contrario, la desventaja está en que no se dispone de una visión global de la red. Por esta razón algunos algoritmos de este tipo se basan en distintas técnicas de inteligencia artificial y/o
en distintas heurísticas para intentar realizar las mejores adaptaciones, aunque no se
no dispone de una completa información [4], [5], [6] y [7].
Otro tema importante es el de la frecuencia con la que se realizan las adaptaciones
de los LSP. Existen mecanismos que las realizan periódicamente, otros que las realizan cada vez que se detecta un problema, etc. La frecuencia máxima sería cada vez
que se realiza una conexión nueva o finaliza una conexión antigua. Por el contrario,
una frecuencia mínima sería no cambiar nunca los LSP. Con respecto a los mecanismos periódicos, depende del periodo y de cómo se calcule la nueva distribución de
LSP, pero en general pueden calcular la nueva distribución cuando no se está produciendo el problema. Una frecuencia excesiva provocaría una gran generación de mensajes de señalización en la red con un efecto contrario al buscado, un empeoramiento
del rendimiento de la red. Parece que de nuevo es necesario realizar los cambios en
cuanto se detectan los problemas, pero evaluando correctamente si vale la pena o no
realizar el cambio en ese momento, por lo que de nuevo se precisa una cierta inteligencia en estos mecanismos.
3.2. Protección en entornos MPLS
Los enlaces físicos o virtuales de una red están expuestos a fallos de conectividad. El
objetivo de los mecanismos de protección consiste en minimizar el riesgo de desconexión. Dichos métodos de protección siguen un ciclo, que va desde la detección de un
fallo en un camino de datos, hasta que el tráfico puede reestablecerse en dicho camino. Este ciclo involucra a varios componentes: un método de encaminamiento que
selecciona caminos de trabajo y de respaldo; un método de reserva de banda en ambos
caminos; un método de señalización para configurar (distribuir las etiquetas) en los
caminos de trabajo y respaldo; un mecanismo de detección y otro de notificación de
fallos, necesarios para indicar al nodo responsable de tomar las acciones de respuesta
al fallo que se ha producido; y, finalmente, un mecanismo para desviar el tráfico desde
el camino de trabajo (en el que se ha producido el fallo) hasta el camino de respaldo
4
2
(acción de switchover). Opcionalmente,
podemos disponer de un mecanismo de
1
3
5
6
detección de la recuperación del camino
Fig 2.a Mecanismo de protección Global
original y de los elementos necesarios para
volver a restablecer el tráfico.
4
Un aspecto que distingue a MPLS de
otros mecanismos de protección es que
1
3
5
6
podemos aplicar protección a diferentes
Fig 2.b Mecanismo de protección Local
niveles [8]. En los dominios MPLS, podemos disponer de mecanismos de protección
4
2
para todo el camino o bien para un segmento de éste. En la protección a nivel de toda
1
3
5
6
la ruta, la protección siempre vendrá actiFig 2.c Mecanismo de protección inverso
vada por los nodos extremos del LSP, independientemente de dónde se origine el
Fig 2: Mecanismos de protección MPLS
fallo. Estos mecanismos implican propagar
la señal de indicación de fallo FIS (fault
indication signal) hasta el nodo inicial (ingress node), lo cual implica un cierto coste
en términos de tiempos de restauración.
En la protección por segmentos o protección local, las acciones de recuperación se
activan en el propio nodo que detecta el fallo. Este LSR tiene que estar provisto de
funcionalidades PSL (protection source LSR). En el otro extremo tendremos otro
nodo con funcionalidades de PML (path merge LSR) que permiten mezclar los tráficos que provienen del propio camino de trabajo y el de respaldo en un solo LSP. Evidentemente, si bien este mecanismo es más rápido que el anterior, no permite proteger
todo el camino. Para ello tendríamos que proteger cada uno de los segmentos del
camino de trabajo con el coste en recursos que esto implica.
A continuación se realiza un análisis de los tres métodos más comunes de protección MPLS. Las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos serán analizados y
comparados entre los diversos esquemas.
Ruta de respaldo
PML
PSL
PML
Ruta de
Respaldo
Local
Camino de trabajo
PSL
Ruta de respaldo
PML/PSL
PSL
PML
Método global. En este modelo, el nodo inicial (ingress node) es el responsable de
resolver la restauración cuando la FIS llegue [8]. Este método necesita de un camino
de respaldo disjunto al camino de trabajo.
Las acciones de protección siempre se activan en el ingress node, independientemente
de donde ocurra el fallo (a lo largo del camino de trabajo). Esto significa que la información del fallo tiene que propagarse desde el nodo donde éste es detectado hasta
el nodo inicial. Si no disponemos de ningún LSP inverso, la detección del fallo se
tendrá que realizar con otro tipo de mecanismo como el testeo continuo del camino de
trabajo.
Este método tiene la ventaja de tener que configurar una única ruta de respaldo para cada camino de trabajo y, además, es un método centralizado, lo que significa que
un único nodo tiene que ser provisto de las funciones de PSL. Por otro lado, este método presenta un alto coste en términos de tiempos de restauración y pérdida de paquetes.
La figura 2.a nos enseña un escenario simple formado por seis LSR donde el camino de trabajo (LSR1-LSR3-LSR5-LSR6) y el camino de respaldo (LSR1-LSR2LSR4-LSR6) están preestablecidos. En condiciones normales, el tráfico se transmite
desde el ingress node LSR1 hasta el egress node LSR6 a través del camino de trabajo.
Cuando se detecta un fallo (por ejemplo entre el nodo LSR5 y LRR6), el tráfico cambia hacia el camino de respaldo.
Método local. En este método la restauración se activa en el mismo punto donde se
produce el fallo; es, por lo tanto, un método transparente al ingress node. Su principal
ventaja es que ofrece mejores tiempos de restauración que los métodos globales.
En este método la dificultad principal reside en tener que proveer de funcionalidades PSL (y en su caso PML) a todos los nodos (origen-destino) de los segmentos del
camino de trabajo que queramos proteger. Además, tendremos que buscar tantos caminos de respaldo como segmentos a proteger (a diferencia del esquema global, donde era necesario un único backup). Otra ventaja, sin embargo, es que en este método
no se producen pérdidas de paquetes como en el esquema global.
La figura 2.b muestra este caso. El modelo de red es el mismo: tenemos un camino
de trabajo formado por los nodos (LSR1-LSR3-LSR5-LSR6) y una ruta de respaldo
formada por LSR3-LSR4-LSR6. Cuando se produce un fallo (por ejemplo, entre
LSR5-LSR6) se restaura el tráfico en el mismo punto usando la ruta de respaldo local.
Método inverso. La principal idea de este método es devolver el tráfico al nodo inicial (ingress node) usando un backup inverso desde el punto donde se produce el
fallo. Así se evitan las pérdidas de paquetes [9].
La principal desventaja es que tiene un tiempo de restauración igual al del método
global. Además, necesita introducir una nueva ruta de respaldo, con lo cual la utilización de los recursos es aún peor que en el método global. Su única ventaja es que
disminuye la pérdida de paquetes y simplifica la notificación del fallo.
La figura 2.c muestra un ejemplo de utilización del método inverso. Se establecen
los caminos de trabajo y respaldo igual al modelo global y además añadimos una ruta
de respaldo inversa desde LSR5 (LSR5-LSR3-LSR1) hacia el ingress node. Cuando
se detecta un fallo en el LSP (LSR5-LSR6), el tráfico se desvía hacía el LSR1 (ingress
node) a través de la ruta de respaldo inversa; una vez allí, el modelo se comporta igual
que el global.
3.3. Encaminamiento con calidad de servicio y protección
El establecimiento de una ruta de origen a destino se puede hacer de varias maneras.
La opción más sencilla es buscar un camino que sea lo más corto posible (familia
SPR, shortest path routing). Si suponemos que se mide la distancia en número de
saltos, el algoritmo más sencillo sería un MHA (minimun hop algorithm). Si consideramos algoritmos de encaminamiento con calidad de servicio, éstos tendrán en cuenta
el hecho de maximizar la utilización de los recursos y la minimización de la carga (en
términos de banda) de la red. Aquí entraríamos en otra familia de algoritmos como
son los WSP (widest shortest path), SWP (shortest widest path), DAP (dynamic alternative path) ([10], [11]). En estos algoritmos los dos objetivos usados para la elección de la ruta son: el número de saltos (maximizar la utilización de los recursos) y el
ancho de banda disponible (balancear la carga de la red). Estos algoritmos consiguen
maximizar el número de peticiones de establecimiento de las rutas.
Otra familia de algoritmos de encaminamiento con calidad de servicio, donde sí
tenemos como objetivo la maximización de este parámetro, son los de mínima interferencia [12]. Se busca establecer rutas que maximicen el sumatorio de los máximos
flujos de la red, con lo cual se permite el poder establecer un mayor número de peticiones.
MIRA es una propuesta de encaminamiento con mínimas interferencias que además tiene en cuenta las características de una red MPLS (a priori podemos conocer el
conjunto de ingress-egress nodes). Este tipo de algoritmos, a diferencia de los anteriores, realiza una fase de preproceso para crear un grafo con pesos donde posteriormente se aplica un SPR. Si en el MIRA se aplica el preproceso de cálculo de máximos
flujos y enlaces críticos (véase [12]), hay otras propuestas donde el preproceso usa
otro tipo de cálculo. Por ejemplo, en [13] el preproceso se basa en un cálculo de flujos
multiactivos. En otros el cálculo de las rutas se realiza usando métodos de programación entera [14], [15].
En la mayoría de estas propuestas el objetivo principal es establecer un camino de
trabajo. Si bien algunas contemplan el establecimiento de caminos de respaldo, suele
ser un tratamiento secundario. En algunas propuestas (como en MIRA) el establecimiento de rutas de respaldo se reduce al simple hecho de que el algoritmo permite un
mejor aprovechamiento de la banda de la red, lo cual permite hacer reencaminamiento
en caso de fallo. Otras propuestas como el PBR (obviamente propuestas anteriores
como el WSP) no contemplan ningún esquema de protección. La mayoría, como mucho, dejan los esquemas de protección a tener un camino alternativo entre origen y
destino para el caso de fallos.
Una de las pocas propuestas donde se intenta ofrecer un camino de trabajo y un
camino de respaldo con ciertas garantías de calidad de servicio (básicamente banda)
es [14]. En ella el algoritmo de encaminamiento intenta encaminar un camino de trabajo y una ruta de respaldo (global y disjunto al camino de trabajo); en caso de no ser
posible, la petición es rechazada. Aunque este primer esquema sólo tiene en consideración el establecimiento de esquemas globales de protección, esta propuesta viene
completada en [15], donde sí se contempla la posibilidad de establecer otros esquemas
de protección (en concreto, protección local).
En cualquier caso, pocas propuestas tienen en cuenta el hecho de que no sólo disponemos de un esquema de rutas de respaldo (globales) para ofrecer protección a
nuestros caminos de trabajo (o segmentos del camino de trabajo), sino que existen
otros esquemas: locales, inversos e híbridos de éstos para ofrecer protección. Además,
pocos tienen en cuenta las ventajas y desventajas de utilizar uno u otro esquema.
La aplicación de uno u otro esquema, como hemos visto en la sección anterior,
tendrá asociada unos parámetros de velocidad de recuperación, pérdida de paquetes,
consumo de recursos, etc. que hay que tener en consideración. En definitiva, la aplica-
ción de uno u otro esquema permite obtener una cierta QoS en el tráfico y optimizar el
rendimiento global de la red.
Estas características y cómo y dónde aplicar un esquema u otro de protección son
un campo poco explorado en la literatura. En [15] sí se hace mención de las ventajas
de aplicar una protección local frente a una global. En [16] se propone el uso de uno o
más esquemas en función de las necesidades de protección de nuestra red.
4.
Arquitectura del sistema de gestión del ancho de banda y
protección
En esta sección describimos la arquitectura básica del módulo a desarrollar y sus principales dependencias funcionales. Sus componentes básicos son: el módulo de encaminamiento y el módulo de gestión de recursos.
A partir de la red física y de la definición de tráfico inicial, el módulo de encaminamiento con calidad de servicio configurará una topología de red lógica inicial. Para
ello se deben utilizar algoritmos de encaminamiento que establezcan tanto la ruta de
trabajo como la de respaldo; de esto se encargará el módulo de encaminamiento. Ambos caminos deben asegurar la calidad de servicio acordada con los usuarios. La obtención de estos caminos no es simple, y se debe establecer un compromiso entre la
eficiencia en la utilización de los recursos de red y la velocidad de respuesta a las
peticiones de conexión que impliquen la evaluación de nuevas rutas. Las técnicas
conocidas que obtienen los mejores resultados son inapropiadas para respuestas dinámicas o bajo demanda (on-line). El establecimiento de ese equilibrio es uno de los
objetivos de esta arquitectura. Básicamente este módulo tiene en cuenta tanto los
parámetros de calidad de servicio del encaminamiento de caminos de trabajo: maximización de los recursos, optimización del número de peticiones aceptadas y balanceo
de la carga, como los de las rutas de respaldo: pérdidas de paquetes, tiempos de respuesta ante fallos y utilización de recursos.
El módulo de reconfiguración actúa simplemente de interfaz entre el módulo de
encaminamiento, el de gestión de recursos y la red real. Utilizará los procedimientos
estandarizados más adecuados al escenario propuesto. En este sentido, resulta muy
interesante la posibilidad de programar este módulo de configuración para que pueda
interactuar con los nodos de una red real usando el protocolo de gestión SNMP (simple network management protocol). Este protocolo es el estándar de gestión en IP y lo
soportan prácticamente todos los routers y conmutadores.
El módulo de gestión de recursos observa de manera continua el estado de la red. Éste
está compuesto, entre otros, por los siguientes parámetros:
- Ocupación de cada LSP (banda utilizada)
- Retraso
- Pérdidas
- Probabilidad de bloqueo ante la petición de nuevas conexiones
- Caídas de enlaces y nodos
Red física
(nodos y enlaces)
Previsión de
tráfico inicial
Módulo de gestión para Internet 2
“Direccionamiento, asignación de banda
y tolerancia a fallos”
Direccionamiento
Redireccionamiento
(QoS, caminos
de trabajo y
de respaldo)
Reasignación
de banda
Nueva ruta
Gestión de
recursos
Gestión de fallos
(Switchover)
(Re)configuración
Fallos
Red lógica
(Red física + LSP )
Estado
Tráfico
Fig 3. Arquitectura del SGBP.
En función del estado de la red, el módulo de gestión de recursos puede “decidir”
acciones de reconfiguración de la red que podemos resumir en las tres siguientes:
- Reasignación de banda. A partir de un análisis del estado de la red, se decide que la
acción a tomar es la de reasignar banda (o bien tomándola del conjunto de banda
residual disponible o bien tomándola de caminos donde no se utiliza exhaustivamente,
preemption). La acción se lleva a cabo reconfigurando la red de forma directa (como
se indica en la figura 3).
- Reencaminamiento. Un problema detectado puede ser de características tales que no
tenga solución mediante una reasignación de banda y se debe modificar la topología
de la red. En este caso debe intervenir el módulo de encaminamiento. Aquí caben dos
estrategias: a) recalcular todas las rutas para obtener una nueva solución al sistema, o
b) obtener una solución al problema de forma rápida y con el mínimo de cambios en
la topología. Aquí aparece de nuevo el compromiso entre eficiencia en la utilización
de recursos y una respuesta más ágil (simple) al problema.
- Gestión de fallos de red (funciones de switchover). Esta acción se corresponde con la
detección de una caída de un enlace (o nodo). La casuística aquí es muy variada, desde la simple activación de las tablas de encaminamiento hacia los caminos de respaldo
previamente establecidos y con banda asignada, pasando por la captura de banda y
nuevos encaminamientos si fuera necesario. La característica principal de estas funciones es que deben dar una respuesta rápida. Estos aspectos son objeto de investigación del proyecto, como se detallará.
El módulo de encaminamiento se basa en modelos complejos pero generalmente
bien definidos, mientras que para el módulo de gestión de recursos podrán utilizarse
diversas técnicas que permitan solucionar la toma de decisiones.
5. Conclusiones y trabajo futuro
En este artículo se ha presentado la arquitectura de una propuesta de un sistema integral de gestión de recursos y protección para redes en entornos MPLS. La novedad en
esta arquitectura es la unión de varios mecanismos hasta ahora desarrollados de forma
independiente en la mayoría de las arquitecturas actuales. Las ventajas de la integración de estos mecanismos es que permiten, dentro de un mismo sistema, la coexistencia de mecanismos que trabajan a distintas escalas temporales. Por otro lado, esta
integración permite, a diferencia de la mayoría de mecanismos actuales, el aprovechar
las ventajas que ofrece cada sistema por separado de forma coordinada. Es decir, evita
situaciones donde la aplicación de un mecanismo entre en conflicto con el otro.
Actualmente se ha terminado el diseño del sistema y se han implementado algunos
de sus módulos [16] y [17]. Como trabajo futuro se plantea el desarrollo y prueba de
diversas alternativas a los módulos descritos en la propuesta. Concretamente, se realizarán experimentos con algoritmos de encaminamiento con soporte MPLS, calidad de
servicio, bajo demanda (on-line) y con soporte de protección. Por otro lado, para el
desarrollo del módulo de gestión se evaluarán distintas técnicas de toma de decisiones
en entornos de sistemas multiagentes.
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